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Mehrstufiges Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere für Diesellokomotiven
Die Erfindung bezieht sich auf mehrstufige Zahnräderwechselgetriebe mit dauernd
im Eingriff miteinander stehenden Rädern, bei denen zur Ermöglichung einer ohne
Unterbrechung der Leistungsübertragung erfolgenden Umschaltung auf eine andere Gangstufe
in Verbindung mit den mit einer Freilaufeinrichtung versehenen Rädern eine willkürlich
ein- und ausrückbare Schlupfkupplung vorgesehen ist, die gemäß Patent 6o6 540 zur
Einschaltung einer Mehrzahl von Gangstufen verwendbar ist. Im Hauptpatent ist ein
Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem mittels einer 'und derselben Schlupfkupplung
nur zwei Geschwindigkeitsstufen eingeschaltet werden können. Die Erfindung bezweckt,
die Anordnung so zu treffen, daß man auch bei mehr als zwei Geschwindigkeitsstufen
mit einer einzigen Schlupfkupplung auskommt.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
' bildendes, insbesondere für Diesellokomotiven bestimmtes Zahnräderwecliselgetriebe
in einem Längsschnitt dargestellt.
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Mit A ist die von dem nicht dargestellten Dieselmotor angetriebene
treibende Welle des Wechselgetriebes, mit B eine gleichachsig zu der Welle A gelagerte
Zwischenwelle und mit C die parallel zu den Wellen. A und B liegende
getriebene Welle des für vier Geschwindigkeitsstufen eingerichteten Wechselgetriebes
bezeichnet. Auf der Welle B ist die eine Kupplungshäflte B1 der willkürlich ein-
und ausrückbaren Schlupfkupplung undrehbar befestigt. -Die andere Kupplungshälfte
D der Schlupfkupplung, die beispielsweise als elektromagnetische Reibungskupplung
ausgebildet ist und als Hauptkupplung dient, sitzt frei drehbar auf der Welle B
und ist auf der einen Seite unter Vermittlung einer die Kupplungshälfte BI umschließenden
Haube mit einem ebenfalls frei drehbar auf der Welle B sitzenden Zahnrade dl starr
verbunden. Auf der anderen Seite trägt der Teil D die eine Kupplungshälfte d2 einer
Klauenkupplung, deren andere Hälfte csl verschiebbar, aber nicht drehbar auf der
Welle A angeordnet ist. Die Welle A trägt ferner eine verschiebbar, aber nicht drehbar
auf ihr gelagerte Klauenkupplungshälfte a2, die mit dem als entsprechende Kupplungshälfte
b2 ausgebildeten, der Welle A zugekehrten Ende der Welle B in Eingriff treten kann.
Auf der Welle B sitzen frei drehbar, aber nicht verschiebbar, zwei Zahnräder E und
F, die miteinander durch eine nur in einem Drehsinne wirksame, sich in diesem Drehsinne
selbsttätig einrückende Freilauf-Kupplung f1 derart verbunden sind, daß das Rad
F von dem Rade E mitgenommen werden kann, nicht
aber umgekehrt das
Rad E von dem Rade F. Die Welle_$=trägt ferner eine verschiebbar, aber nicht drehbar
auf ihr .angeordnete Klauenkupplungshälfte b3; die zugehörige andere Kupplungshälfte,
G, sitzt frei drehbar auf der Welle B und ist mit :dem Zahnrad E durch eine Freilaufkupplung
g' derart verbunden, daß nur E von G, nicht aber umgekehrt G von E mitgenommen werden
kann.
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Auf der Welle C sitzen frei drehbar zwei entsprechend mit den Zahnrädern
d' und E dauernd in Eingriff stehende Zahnräder H und J und fest aufgekeilt ein
mit dem Zahnrad F dauernd in Eingriff stehendes Zahnrad cl. Die Zahnräder H und
J sind entsprechend mit je einer auf der Welle C frei drehbar sitzenden Kupplungshälfte
K und L durch Freilaufkupplungen lal und il derart verbunden, daß nur K von
H und L von J, nicht aber umgekehrt H von K und J von
L mitgenommen werden kann. Durch eine auf der Kupplungshälfte K verschiebbar, aber
nicht drehbar angeordnete Klauenkupplungshälfte hl kann der Teil K entweder mit
einer auf der Welle C uridrehbar befestigten Kupplungshälfte c2 oder mit dem gleichzeitig
als Kupplungshälfte, i2, ausgebildeten Zahnrade J starr verbunden werden. Die Kupplungshälfte
L kann mit einer zugehörigen, auf der Welle C verschiebbar, aber nicht drehbar angeordneten
Kupplungshälfte c3 in Eingriff treten.
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Für das Ein- und Ausrücken der Klauenkupplungshälften a2, a1, k1,
b3 und c3 sind entsprechende Stellvorrichtungen mit Druckluftzylindern M, M', 112,
M3 und M4 vorgesehen. Die Kupplungen sind mit abgeschrägten Zähnen versehen, so
daß sie in jeder Stellung einrückbar sind; sie können natürlich auch durch Kupplungen
anderer Art, z. B. Reibungskupplungen, ersetzt werden.
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Die Übersetzungsverhältnisse .der Räderpaare F und cl, d' und
H, E und J, von denen jedes für sich die Bewegungsübertragung von der Welle
B auf die Welle C bewirken kann, sind so gewählt, daß sie in der genannten Reihenfolge
größer werden. Die Verbindung der Wellen B und C kann auch über sämtliche Räder
in der Reihenfolge dl, H, J, E, F, cl erfolgen, womit noch eine weitere,
ünd zwar die kleinste Geschwindigkeitsstufe geschaffen ist.
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Bei :der Schilderung der Wirkungsweise des Getriebes soll von dem
auf der Zeichnung dargestellten Zustand ausgegangen werden, in dem alle Klauenkupplungen
ausgerückt sind. Zunächst wird die Kupplung a1, dz eingerückt und dadurch die Kupplungshälfte
D der Hauptkupplung mit der Antriebswelle A verbunden. Hierauf wird der Motor angelassen.
Die Drehung, die jetzt der Kupplungshälfte D durch den Motor erteilt wird, überträgt-sich
zwar durch :das Zahnrad d' auf das Zahnrad H, kann aber von diesem auf die getriebene
Welle C nicht weiter übertragen werden, da :die Kupplung K hl, c= ausgerückt ist.
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Für die dem Rädergetrieb F, cl entsprechende erste Geschwindigkeitsstufe
werden auf .der Welle B die Kupplungshälften b3 und G miteinander verbunden. Wird
nun die Hauptkupplung B', D eingeschaltet, so erfolgt der Antrieb der Welle
C von der Welle A über die Getriebeteile a1, d2, D, B', B, b3,
G,
g1, E, f1, F, cl. Sobald die Kupplungshälften BI und D die
gleiche Drehzahl erreicht haben, wird die Kupplung a2, b2 eingerückt, die Kupplung
a1, d2 ausgerückt. und dieHauptkupplung B', D -wieder aus:g1eschaltet. Die
Kupplungshälfte D sowie die Zahnräder dl und H gelangen dann, falls sie nicht etwa
durch Lagerreibung mitgenommen werden, zur Ruhe; das Zahnrad J dreht sich unbelastet
gegenüber der Welle C.
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Zum. Übergang auf die nächst höhere, zweite Geschwindigkeitsstufe
wird die Kupplung k1, c2 eingerückt, so daß die KupplungshälfteK jetzt mit der gleichen
Geschwindigkeit wie die Welle C umläuft. Wird nun die Hauptkupplung B',
D wieder eingeschaltet, so werden die Teile D d' und H zunächst
.bis auf die Geschwindigkeit der mit der Drehzahl der Welle C umlaufenden Kupplungshälfte
K beschleunigt. Bei weiterer Beschleunigung rückt sich die Freilaufkupplung h' selbsttätig
ein. Das Drehmoment der Antriebswelle A wird nunmehr durch die Teile a2, b-, B1,
D d', H,
lal, K, k1, c2 auf die Welle C übertragen, während die bei
der ersten Geschwindigkeitsstufe wirksame Kraftübertragung durch selbsttätiges Lösen
der Freilaufkupplung f 1 unterbrochen wird. Die Welle C ist also ohne Unterbrechung
der Leistungsisbertragung von der ersten auf die zweite Geschwindigkeitsstufe übergegangen.
Das mit der Welle B :durch die Klauenkupplung b3, G und die Freilaufkupplung g1
verbundene Zahnrad .E läuft hierbei unbelastet mit, desgleichen das auf der Welle
C frei drehbare Zahnrad J. Sobald die Kupplungshälften B' und D gleiche
Drehzahl erreicht haben, wird :die Kupplung dl, d2 eingerückt. Die Kupplung a2,
b? sowie die 'Hauptküpplung B', D werden darauf wieder ausgerückt: Für :die
höchste, dritte Geschwindigkeitsstufe wird die Kupplung c3, .L eingerückt. Wird
nun die Hauptkupplung B', D wieder eingeschaltet, so wird unter Vermittlung
der Teile B', B, b9, G, g', E das Zahnrad J zunächst bis auf die Geschwindigkeit
der mit der Drehzahl der Welle C umlaufenden Kupplungshälfte L beschleunigt. Bei
weiterer Beschleunigung rückt sich die Freilaufkupphing
il selbsttätig
ein. Das Drehmoment der Antriebswelle A wird nunmehr durch die Teile a1, d2,
D, B1, B, b3, G, g1, E, J, il, L
und c3 auf die
getriebene Welle C übertragen, während die bei der zweiten Geschwindigkeitsstufe
wirksame Kraftübertragung durch selbsttätiges Lösen der Freilaufkupplung hl unterbrochen
wird. Die Welle C ist also ohne Unterbrechung der Leistungsübertragung von der zweiten
auf die dritte Geschwindigkeitsstufe übergegangen. Die Hauptkupplung B1,
D
bleibt jetzt zweckmäßig eingeschaltet, da der Übergang von einer höheren
Geschwindigkeitsstufe auf eine niedere, der bei umgekehrter Reihenfolge der beschriebenen
Schaltvorgänge ebenfalls ohne Unterbrechung der Leistungsübertragung erfolgt, nur
möglich ist, wenn die Hauptkupplung eingerückt ist. Im einzelnen braucht auf die
Schaltvorgänge beim Übergang von einer höheren Geschwindigkeitsstufe auf eine niedere
nicht eingegangen zu werden, da sie vollständig den Vorgängen bei Erhöhung der Geschwindigkeit
entsprechen.
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Bei dem Ausschalten der Hauptkupplung B1, D nach erfolgtem Übergang
von einer Geschwindigkeitsstufe auf eine andere werden zweckmäßig die Getriebeteile,
die von den die Leistung übertragenden Teilen abgekuppelt sind, durch eine Bremse
zum Stillstand gebracht oder wenigstens so stark gebremst, daß bei einem nachfolgenden
Schaltvorgang keine Stöße in den F reilaufkupplungen auftreten.
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Bei dem beschriebenen Ausführunsbeispiel lassen sich auch die den
drei Geschwindigkeitsstufenentsprechenden Räderpaare hintereinanderschalten, wodurch
sich eine vierte ganz niedrige Geschwindigkeitsstufe ergibt, deren Verwendung z.
B. beim Anfahren schwer belasteter Züge oder auf starker,Steigung erforderlich ist.
Soll beispielsweise mit der vierten Geschwindigkeitsstufe angefahren werden, so
werden vor dem Anlassen des Motors die Kupplungen a°, b2 und kt i2 eingeschaltet
und ,die übrigen Kupplungen, falls erforderlich, ausgerückt. Hierauf wird der Motor
angelassen. Es ist jetzt die (noch stillstehende) Kupplungshälfte D der Hauptkupplung
über die Zahnräder dl und H, die Freilaufkupplung hl, die Kupplung K, k1 i2, die
Zahnräder J, E, die Freilaufkupplung f l und die Zahnräder F, cl mit
der getriebenen Welle C verbunden. Wird nun die Hauptkupplung B1, D eingeschaltet,
so erfolgt der Antrieb der Welle C auf dem Wege a2, b2, B, B1, D dl,
H, hl, K, k1, i2, J, E, f l, F, cl unter Hintereinanderschaltung
der Räderpaare dl H,
J E und F cl mit dem kleinsten Übersetzungsverhältnis.
Wenn nach Beendigung des Schaltvorganges die Kupplungshälften B1 und D gleiche Geschwindigkeit
erreicht haben, wird die Kupplung a1, d2 eingerückt und damit die Kupplungshälfte
D unmittelbar mit der Antriebswelle A verbunden. Hierauf wird die Kupplung a2, b2
ausgerückt und die Hauptkupplung B1, D wieder ausgeschaltet. Die Welle B
gelangt dann, falls sie nicht etwa durch Lagerreibung mitgenommen wird, zur Ruhe.
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Soll von der vierten Geschwindigkeitsstufe auf die nächst höhere Geschwindigkeitsstufe
übergegangen werden, d: h. auf die dem Rädergetriebe F, cl zugeordnete, oben als
erste bezeichnete Geschwindigkeitsstufe, so wird die Welle B durch Einrücken der
Kupplungshälfte b3 mit der Kupplungshälfte G gekuppelt.. Dies kann vollkommen stoßfrei
geschehen, da die Welle B nur durch Reibung mitgenommen werden kann und die Kupplungshälfte
G infolge der Anordnung der Freilaufkupplung G, g1 aus der Kraftübertragung ausgeschaltet
ist. Nunmehr wird die Hauptkupplung B1, D wieder eingerückt. Die Kraftübertragung
erfolgt dann auf dem Wege a1, d2, D, B1, B b3, G, g1,
E, f l, F, cl, da j etzt die Kupplungshälfte K durch das Zahnräderpaar
E J schneller angetrieben wird als das Zahnrad H durch das Zahnrad dl und daher
die Freilaufkupplung hl außer Wirksamkeit tritt. Hierauf wird die Kupplungshälfte
k1 ausgerückt, was ohne Schwierigkeit geschehen kann, da der Getriebeteil K, k1
aus der Kraftübertragung ausgeschaltet ist. Damit ist wieder der Zustand erreicht,
der bei der oben geschilderten Benutzung der ersten Geschwindigkeitsstufe nach dem
Einrücken der Hauptkupplung bestand, und die weiteren Vorgänge erfolgen, wie oben
geschildert. Die Kupplung k1, c2 könnte auch eingerückt bleiben, ohne daß sich an
,der Wirkung etwas ändert.